PENURUNAN COD DAN TSS PADA LIMBAH CAIR TAHU DENGAN METODE ELEKTROKOAGULASI
Grantiera Hari Prosperity1, Nia Rahmawati Agustina2, Dinar Puspita Wardhani3, Denny Vitasari4,
1,2,3,4 Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Surakarta,
1 d500170013@student.ums.ac.id, 2 d500170046@student.ums.ac.id, 3 d500174075@student.ums.ac.id,
4 dennyvitasari@ums.ac.id
Abstrak
Industri tahu memproduksi limbah cair yang mengandung COD dan TSS, dimana dapat menyebabkan pencemaran air apabila tidak melalui pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang. Elektrokoagulasi merupakan proses pengendapan padatan tersuspensi yang terkandung dalam limbah cair dengan bantuan energi listrik. Proses koagulasi dibantu dengan pengadukan untuk meningkatkan frekuensi tumbukan antar partikel. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh kecepatan pengadukan dan tegangan listrik terhadap penurunan kadar COD dan TSS pada limbah cair tahu dengan metode elektrokoagulasi menggunakan plat elektroda alumunium. Berdasarkan penelitian didapatkan bahwa pada limbah tahu penurunan COD dan TSS paling sedikit pada variasi kecepatan pengadukan sebesar 350 rpm untuk penurunan COD dan sebesar 150 rpm untuk penurunan TSS.
Sedangkan untuk variasi tegangan listrik sebesar 22,5 volt untuk penurunan COD dan sebesar 30 volt untuk penurunan TSS.
Kata kunci : cod, tss, elektrokoagulasi, limbah cair tahu
I. PENDAHULUAN
Industri tahu merupakan contoh industri mikro yang banyak dijumpai di lingkungan masyarakat. Namun, sebagian besar kegiatan industri tersebut belum memiliki Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) yang baik. Pembuangan limbah secara langsung ke badan sungai akan menjadi sumber utama polusi dalam skala global. Limbah cair industri memiliki kandungan polutan kimia, fisika, dan biologi dalam konsentrasi yang tinggi, yang biasanya juga tinggi akan COD dan TSS.
Elektrokoagulasi merupakan metode adaptasi antara proses elektrokimia dengan proses koagulasi-flokulasi yang digunakan untuk pengolahan air dimana pada anoda terjadi pelepasan koagulan aktif yang berupa ion logam ke dalam larutan dan katoda akan terjadi reaksi elektrolisis berupa pelepasan gas hidrogen. Konsep proses koagulasi ini menggunakan sistem pengadukan cepat sehingga dapat mereaksikan koagulan secara seragam ke seluruh bagian air di dalam suatu reaktor. Proses ini perlukan untuk mendispersikan koagulan secara merata serta dapat memicu tumbukan antara koagulan dengan partikel sebagai penyebab kekeruhan.
Sedangkan untuk proses flokulasi adanya pembentukan flok dan terjadinya pengadukan lambat setelah selesainya pengadukan cepat. Pengadukan lambat ini akan meningkatkan kesempatan dan jumlah tumbukan antar partikel. Selain itu pada proses elektrokoagulasi yang menggunakan arus listrik searah dapat memicu reaksi reduksi dan oksidasi. Tegangan listrik menjadi salah satu faktor yang berpengaruh. Dimana semakin tinggi tegangan listrik dapat meningkatkan frekuensi arus listrik sehingga flokulan yang terbentuk semakin banyak [1][2][3][4].
Kandungan senyawa organik yang tinggi terutama protein dan asam amino dalam limbah cair dapat terdegradasi menjadi bahan anorganik dan meningkatkan kadar COD dan TSS dalam limbah. Chemical Oxygen Demand merupakan kadar oksigen dalam 1 liter sampel air untuk pengoksidasian zat organik dalam limbah [5]. Berdasarkan teori double layer, dimana lapisan dalam akan diisi oleh koagulan bermuatan positif yang kemudian menyerap ion-ion negatif yang ada pada lingkaran bagian luar. Apabila muatan positif bertemu dengan muatan negatif dapat terjadi gaya Van der Waals atau gaya tarik menarik antara kedua ion tersebut. Dimana akan terjadi ikatan yang sangat kuat pada proses koagulasi yang kemudian membentuk flok yang dapat mengendapkan senyawa organik yang terkandung dalam limbah cair tersebut [6]. Sedangkan TSS (Total Suspended Solid) merupakan padatan tersuspensi dengan diameter kurang dari 1 µm yang tertahan pada saringan dengan diameter pori 0.45 µm [7]. Baku mutu air limbah tahu berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Republik Indonesia No 5 Tahun 2015 tentang Baku Mutu Air Limbah Bagi Usaha dan/atau Kegiatan Pengolahan Kedelai adalah sebagai berikut:
TABEL I. TABEL BAKU MUTU AIR LIMBAH PENGOLAHAN KEDELAI
Parameter Kadar
BOD 150 mg/L
COD 300 mg/L
TSS 200 mg/L
pH 6 - 9
Kuantitas air limbah paling tinggi 20 m3/ton
Elektrokoagulasi adalah suatu proses elektrokimia yang berdasarkan penerapan suatu medan listrik dalam reaktor elektrolisis yang mengalir melalui suatu aliran yang terkontaminasi dalam kasus ini adalah air limbah, sebagai alternatif pengolahan dan flokulasi kontaminan tanpa adanya penambahan koagulan kimia [8]. Kelebihan dari metode elektrokoagulasi yaitu efisiensi penghapusan partikulat yang tinggi, pengoperasian yang mudah dan sederhana, biaya yang lumayan rendah [9]. Proses elektrokoagulasi dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain yaitu jenis elektroda, luas permukaan elektroda, kuat arus listrik, jarak antar elektroda, konduktivitas larutan, konsentrasi awal larutan, pH awal larutan [5], tegangan listrik, kecepatan pengadukan dan konduktivitas [10]. Oleh sebab itu diharapkan bahwa metode elektrokoagulasi menjadi pilihan yang ideal digunakan untuk mengolah limbah cair tahu.
II. METODE PENELITIAN
Metode penelitian yang digunakan adalah elektrokoagulasi dengan elektroda alumunium. Penelitian dilakukan menggunakan limbah tahu dengan memvariasikan kecepatan pengadukan (150; 250; 350 rpm) dan tegangan listrik (15; 22.5;
30 volt) dengan waktu kontak 45 menit.
Parameter yang diuji pada masing-masing sampel adalah COD dan TSS. Penelitian dilakukan pada bulan April 2021 di Laboratorium Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta. Sedangkan analisis COD dan TSS dilakukan di Dinas Lingkungan Hidup Kabupaten Sukoharjo.
A. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: botol timbang, corong kaca, elektroda 10 cm×5 cm, ember 2500 mL, gelas beker 250 mL, karet hisap, labu ukur, mixer, pengaduk kaca, pH meter, pipet tetes, pipet ukur, pipet volume, power supply, saringan dan termometer.
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: air limbah tahu, aquadest, dan NaOH.
B. Prosedur Kerja
Uji Pendahuluan
Uji pendahuluan digunakan untuk menentukan karakteristik limbah cair sebelum dilakukan perlakuan.
Hasil dari uji pendahuluan digunakan sebagai pembanding dengan hasil uji pelaksanaan. Parameter yang diuji adalah COD dan TSS, dimana kedua parameter tersebut diukur berdasarkan Standar Nasional Indonesia yang berlaku yaitu SNI 6989.2:2019 (COD) dan SNI 6989.3:2019 (TSS).
Persiapan Reaktor dan Elektroda
Reaktor yang digunakan yaitu ember 2500 mL, dimana volume limbah cair sebesar 2000 mL. Rangkaian elektrolisis di desain dalam bentuk single-chamber dengan anoda dan katoda berupa alumunium. Elektroda yang digunakan berukuran 10 cm x 5 cm sebanyak 2 buah yang dihubungkan dengan rangkaian listrik luar.
Sebelum digunakan elektroda terlebih dahulu
dibersihkan guna menghilangkan kontaminasi logam dan bahan organik yang menempel. Elektroda direndam dalam larutan aquadest yang bersih hingga saat akan digunakan sebagai anoda dan katoda. Berikut merupakan gambar ilustrasi dari rangkaian reaktor elektrokoagulasi :
Gambar 1. Rangkaian reaktor elektrokoagulasi Keterangan :
1. Power supply 2. Ember 3. Alumunium 4. Alumunium 5. Air sampel
Elektrokoagulasi
Air limbah sebanyak 2250 mL dimasukkan ke dalam ember yang difungsikan sebagai reaktor. Sebelum itu telah dilakukan penambahan NaOH yang bertujuan untuk menetralkan pH limbah yang cenderung asam.
Ember kemudian dihubungkan dengan mixer dan ditutup, dimana pada tutup tersebut telah dipasang anoda dan katoda dengan jarak antar elektroda 9 cm.
Katoda dan anoda yang digunakan adalah 2 buah lempeng alumunium yang dihubungkan dengan power supply. Kemudian mixer dinyalakan. Pengadukan dilakukan selama 45 menit. Setelah selesai power supply dimatikan terlebih dahulu. Diamkan sampel selama ± 15 menit atau hingga padatan mengendap. Air dipisahkan dari flok dengan menggunakan bantuan dari saringan. Sampel yang didapatkan kemudian dipindahkan dan disimpan dalam jerigen 2 L. Lakukan langkah ini untuk semua variasi pada sampel penelitian.
Uji Pelaksanaan
Air limbah yang telah didapatkan kemudian dilakukan uji pelaksanaan untuk mengetahui penurunan kadar COD dan TSS dengan metode elektrokoagulasi menggunakan elektroda alumunium. Kedua parameter tersebut diukur berdasarkan Standar Nasional Indonesia yang berlaku yaitu SNI 6989.2:2019 (COD) dan SNI 6989.3:2019 (TSS).
III. PEMBAHASAN
Sampel limbah cair tahu didapatkan dari industri rumah tangga yang berada di daerah Boyolali. Karakteristik dari limbah tersebut memiliki pH 7 setelah dilakukan kontrol pH dan suhu 28℃dengan parameter pengujian yaitu kadar COD dan TSS.
A. Pengaruh kecepatan pengadukan terhadap penurunan kadar COD dan TSS
Pada proses elektrokoagulasi penurunan kadar COD dan TSS dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan. Bedasarkan penelitian yang telah dilakukan didapatkan hasil uji kadar COD sebagai berikut :
Gambar 2. Hubungan antara variasi kecepatan pengadukan (150; 250; 350 rpm) terhadap kadar COD pada tegangan 15 volt
Gambar 2 menunjukan nilai penurunan kadar COD paling sedikit terdapat pada kecepatan pengadukan 350 rpm sebesar 1.833 mg/L, semakin besar kecepatan pengadukan maka nilai penurunan COD pada limbah tahu juga semakin besar.
Terjadinya kenaikan kadar COD pada sampel pretreatment dengan sampel perlakuan 1 terjadi akibat adanya rentang waktu yang cukup lama antara pengambilan, pengolahan, dan pengujian sampel yang menjadikan konsentrasi kejenuhan dari sampel limbah tersebut berbeda-beda yang menyebabkan efektivitas dari proses elektrokoagulasi juga berbeda.
Penelitian yang sebelumnya dilakukan oleh Rahmayanti dan Mujiburohman, (2020), menunjukkan bahwa semakin tinggi kecepatan pengadukan sampai pada titik tertentu, semakin tinggi pula efisiensi penurunan dari COD. Pada variasi kecepatan pengadukan 150, 250 dan 350 rpm didapatkan efisiensi penurunan COD sebesar 51,30%, 60,14%, dan 86,08%. Namun ketika kecepatan pengadukan dinaikkan menjadi 450 rpm, efisiensi penurunan COD turun menjadi 57,85%. Efisiensi penurunan tertinggi didapatkan pada kecepatan pengadukan 350 rpm.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, didapatkan hasil uji kadar TSS sebagai berikut :
Gambar 3. Hubungan antara variasi kecepatan pengadukan (150; 250; 350 rpm) terhadap kadar TSS pada tegangan 15 volt
Gambar 3 menunjukan nilai penurunan kadar TSS paling sedikit terdapat pada kecepatan pengadukan 150 rpm sebesar 488 mg/L. Semakin besar kecepatan pengadukan maka nilai
penurunan TSS pada limbah tahu juga semakin besar. Dari grafik diatas terlihat hasil yang kurang efektif dikarenakan sempat mengalami kenaikan, hal tersebut dapat terjadi karena faktor eksternal seperti suhu yang tidak stabil atau waktu yang kurang efektif saat dilakukan pengovenan dalam pengujian kadar TSS pada limbah tersebut [11].
Dibandingkan dengan hasil penelitian yang telah dilakukan oleh Rahmayanti dan Mujiburohman, (2020), menunjukan bahwa pada variasi kecepatan pengadukan 150, 250 dan 350 rpm didapat efisiensi penurunan TSS sebesar 57,63%, 66,10%, dan 72,88%. Namun ketika kecepatan pengadukan dinaikkan menjadi 450 rpm, efisiensi penurunan COD turun menjadi 67,80%. Efisiensi penurunan tertinggi didapatkan pada kecepatan pengadukan 350 rpm.
Pada dasarnya kecepatan pengadukan memiliki fungsi untuk meningkatkan efisiensi dari proses transfer koagulan dan membantu dalam keseragaman kondisi di dalam sel elektrolisis tersebut. Selain itu kecepatan pengadukan yang berada pada titik optimum dapat membantu dalam meningkatkan efisiensi penyisihan polutan. Dimana kecepatan pengadukan yang semakin tinggi membuat gerakan koagulan dalam mengikat polutan semakin besar sehingga flok yang dihasilkan juga semakin banyak. Namun, apabila melebihi titik optimum maka tumbukan antar partikel justru dapat melepaskan ikatan flokulan dan kembali menjadi partikel-partikel kecil dalam air sehingga susah dihilangkan [12].
B. Pengaruh tegangan listrik terhadap penurunan kadar COD dan TSS
Pada proses elektrokoagulasi penurunan kadar COD dan TSS dipengaruhi oleh tegangan listrik. Bedasarkan penelitian yang telah dilakukan didapatkan hasil uji kadar COD sebagai berikut:
Gambar 4. Hubungan antara variasi tegangan listrik (15; 22,5; 30 volt) terhadap kadar COD pada kecepatan pengadukan 350 rpm Gambar 4 menunjukan bahwa semakin besar tegangan listrik yang digunakan maka kadar COD semakin menurun.
Penurunan kadar COD dengan variasi tegangan listrik paling sedikit untuk limbah tahu terdapat pada tegangan listrik 22.5 volt sebesar 1965 mg/L. Penurunan konsentrasi COD ini dapat disebebakan oleh oksidasi dan reduksi reaksi yang terjadi di anoda dan katoda. Pemberian arus listrik, terjadi perpindahan elektron dari elektroda ke larutan elektrolit yang kemudian mengikat zat dan senyawa organik dan anorganik dalam limbah cair [1].
1500 2000 2500
0 15 22.5 30
Kadar COD (mg/L)
Tegangan Listrik (volt)
0 500 1000 1500
0 150 250 350
Kadar TSS (mg/L)
Kecepatan Pengadukan (rpm) 1500
2000 2500
0 150 250 350
Kadar COD (mg/L)
Kecepatan Pengadukan (rpm)
Ion Al3+ yang dilepaskan di anoda dapat bereaksi dengan ion OH- dan bermuatan negatif mengubah koloid untuk membentuk Al(OH)3 dan membentuk flok dengan partikel koloid dari limbah. Sedangkan reaksi reduksi yang terjadi di katoda menghasilkan gas H2 yang membawa koloid pengotor hingga air limbah melalui proses flotasi. Semakin lama proses elektrokoagulasi berlangsung, semakin banyak koloid yang terikat membentuk flok-flok besar. Karena flok yang terbentuk banyak maka terjadi penurunan konsentrasi COD [2].
Menurut penelitian yang telah dilakukan oleh Kurniati dan Mujiburohman, (2020), bahwa beda potensial mempengaruhi efisiensi penurunan COD, yang mana semakin besar beda potensial maka semakin tinggi efisiensi penurunan COD. Pada beda potensial 15 Volt dengan waktu kontak yang telah divariasikan didapatkan efisiensi penurunan COD sebesar 31,90%; 33,10%; dan 38,59%. Kenaikan beda potensial menjadi 22,5 Volt hanya menaikkan efisiensi penurunan COD rata-rata sebesar 4,35%. Tetapi, dengan menaikkan beda potensial menjadi 30 volt efisiensi penurunan COD meningkat signifikan menjadi 58,81%; 75,32%; dan 88,69%.
Kenaikan beda potensial meningkatkan frekuensi arus listrik, menyebabkan lebih banyak pelepasan elektron dan Al3+
ke limbah cair. Ion Al3+ yang dilepaskan dari anoda dapat bereaksi dengan ion OH- dan koloid-koloid yang bermuatan negatif membentuk Al(OH)3 yang bisa berperan sebagai koagulan. Koagulan Al(OH)3 mengikat partikel-pertikel koloid sekitarnya membentuk flok-flok. Adapun reaksi reduksi yang terjadi pada katoda menghasilkan gas H2 yang membawa koloid-koloid zat pengotor naik ke air limbah (proses flotasi).
Semakin lama proses elektrokoagulasi berlangsung maka akan semakin banyak koloid-koloid yang terikat membentuk flok- flok berukuran besar, atau yang terflotasi ke atas. Akibat banyaknya flok-flok yang terbentuk dan partikel-partikel ringan yang terflotasi, maka terjadi proses penurunan konsentrasi COD dalam badan air [4].
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, didapatkan hasil uji kadar TSS sebagai berikut :
500 1000 1500
0 15 22.5 30
Kadar TSS (mg/L)
Tegangan Listrik (volt)
Gambar 5. Hubungan antara variasi tegangan listrik (15; 22,5; 30 volt) terhadap kadar TSS pada kecepatan pengadukan 350 rpm Gambar 5 menunjukkan bahwa semakin besar tegangan listrik yang digunakan maka kadar TSS semakin menurun.
Pada limbah tahu paling sedikit diperoleh pada tegangan listrik 30 volt sebesar 725 mg/L. Penurunan kadar TSS disebabkan oleh adanya arus listrik, sehingga reaksi kimia yang terjadi di dalam larutan, yaitu lebih banyak hidroksida
logam dan gelombang gas terbentuk. Semakin besar arus, semakin tinggi kepadatan gelembung dan semakin kecil ukurannya dapat mempercepat pengurangan polutan dan flotasi lumpur [1].
Pada penelitian sebelumnya yang diteliti oleh Kurniati dan Mujiburohman, (2020), hasil yang didapatkan adalah pada beda potensial 15 volt dengan waktu kontak dari variasi waktu kontak didapatkan efisiensi penurunan TSS sebesar 49,28%;
56,94%; dan 66,51%. Sementara, pada beda potensial 22,5 Volt dengan waktu kontak yang sama didapatkan efisiensi penurunan sebesar 50,24%; 74,16%; dan 78,95%. Pada beda potensial 30 Volt efisiensi penurunan TSS relatif konstan sebesar 80,86%; 80,86%; dan 81,82%. Semakin tinggi beda potensial akan menaikkan efisiensi penurunan TSS.
Kecenderungan tersebut juga berdasarkan alasan yang sama, yaitu efek pembentukan koagulan dan proses flotasi.
Hal tersebut yang mendasari tingginya konsentrasi COD dan TSS apabila dibandingkan dengan baku mutu yang ditetapkan oleh Pemerintah melalui Peraturan Menteri Lingkungan Hidup Republik Indonesia Nomor 05 Tahun 2014 tentang baku mutu air limbah bagi usaha dan/ kegiatan pengolahan kedelai yaitu tahu.
KESIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa efektivitas elektrokoagulasi dipengaruhi oleh kecepatan pengadukan dan tegangan listrik. Secara umum, semakin besar kecepatan pengadukan dan tegangan lisrik yang diberikan maka penurunan kadar COD dan TSS pada limbah cair tahu semakin besar pula.
UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan selesainya penelitian ini, kami mengucapkan terimakasih kepada Laboratorium Teknik Kimia Universitas Muhammadiyah Surakarta serta Dinas Lingkungan Hidup Kabupaten Sukoharjo atas sarana dan prasarana laboratorium yang digunakan untuk pelaksanaan penelitian kami ini sehingga terlaksana dengan baik dan lancar.
REFERENSI
[1] A. Yulianto, L. Hakim, I. Purwaningsih, and V. A. Pravitasari,
“Pengolahan Limbah Cair Industri Batik Pada Skala Laboratorium Dengan Menggunakan Metode Elektrokoagulasi,” J. Teknol. Lingkung.
Univ. Trisakti, vol. 5, no. 1, pp. 6–11, 2009.
[2] N. P. Setianingrum, A. Prasetya, and S. Sarto, “Pengurangan Zat Warna Remazol Red Rb Menggunakan Metode Elektrokoagulasi Secara Batch,”
J. Rekayasa Proses, vol. 11, no. 2, p. 78, 2018.
[3] S. Rahmayanti and M. Mujiburohman, “Pengaruh Kecepatan Pengadukan dan Jarak Elektroda Elektrokoagulasi Terhadap Penurunan Kadar TSS dan COD pada Limbah Cair Laundry,” 11th Univ. Res. Colloq. 2020 Univ. ‘Aisyiyah Yogyakarta, pp. 305–308, 2020.
[4] T. R. Kurniati and M. Mujiburohman, “Pengaruh Beda Potensial dan Waktu Kontak Elektrokoagulasi Terhadap Penurunan Kadar COD dan TSS pada Limbah Cair Laundry,” 11th Univ. Res. Colloq. 2020 Univ.
‘Aisyiyah Yogyakarta, pp. 309–313, 2020.
[5] L. Yuliyani and T. Widayatno, “Pengaruh Variasi Waktu Tinggal Dan Kuat Arus Terhadap Penurunan Kadar COD , TSS Dan BOD Limbah Cair Industri Tahu Menggunakan Elektrokoagulasi Secara Kontinyu,”
11th Univ. Res. Colloq. 2020 Univ. ‘Aisyiyah Yogyakarta, pp. 48–55, 2020.
[6] F. Hanum, R. Tambun, M. Y. Ritonga, and W. W. Kasim, “Aplikasi Elektrokoagulasi Dalam Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit,”
J. Tek. Kim. USU, vol. 4, no. 4, pp. 13–17, 2015
[7] E. G. Gustiana and T. Widayatno, “Penurunan Kadar Cod Bod Dan Tss Limbah Cair Pabrik Tahu,” 11th Univ. Res. Colloq. 2020 Univ. ‘Aisyiyah Yogyakarta, pp. 72–78, 2020.
[8] A. Hedes, L. D. Vitan, C. A. Tudoran, and O. Muntean, “Experimental Research on Electrocoagulation for Wastewater Treatment,” in 2019 20th International Symposium on Power Electronics, Ee 2019, 2019, pp. 1–5.
[9] M. Priya and J. Jeyanthi, “Removal of COD, oil and grease from automobile wash water effluent using electrocoagulation technique.,”
Microchem. J., vol. 150, no. May, p. 104070, 2019.
[10] I. Amri, Pratiwi Destinefa, and Zultiniar, “Pengolahan limbah cair tahu menjadi air bersih dengan metode elektrokoagulasi secara kontinyu,”
Chempublish J., vol. 5, no. 1, pp. 57–67, 2020.
[11] N. Putranto, “Pengaruh Voltase Dan Kecepatan Pengadukan Terhadap Nilai pH, COD, BOD, Dan TSS Pada Limbah Cair Industri Tahu Menggunakan Metode Elektrokoagulasi,”, Surakarta: Universitas Muhammadiyah Surakarta, 2020.
[12] F. S. Nugraha and O. A. Pramuwidianto, Penyisihan ion kalsium menggunakan metode elektrokoagulasi dengan variasi jarak elektroda dan kecepatan pengadukan skripsi. Malang: Universitas Brawijaya, 2017.
